Динамика галечных пляжей в огражденных акваториях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат наук Макаров, Николай Константинович

• Макаров, Николай Константинович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Макаров, Николай Константинович

Содержание

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 3 Глава 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ДИНАМИКЕ

ГАЛЕЧНЫХ ПЛЯЖЕЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ 9 ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Основные природные факторы динамики галечных пляжей

1.2 Динамика галечных пляжей 12 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

Глава 2 ГИДРОДИНАМИКА ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ МОРЯ

2.1 Элементы ветровых волн на открытой акватории

2.2 Трансформация волн в прибрежной зоне

2.3 Волны на огражденных акваториях

2.4 Волновые течения

2.5 Уровень моря 48 Выводы по главе 2

Глава 3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ

53

ГАЛЕЧНЫХ ПЛЯЖЕЙ

3.1 Транспорт галечных наносов в прибрежной зоне моря

3.2 Модели динамики галечных пляжей 58 Выводы по главе 3

Глава 4 КАЛИБРОВКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

73

ДИНАМИКИ ГАЛЕЧНОГО ПЛЯЖА

4.1 Предварительные расчеты

4.2 Методика гидравлического моделирования

4.3 Калибровка математических моделей береговых пляжей по

88

данным гидравлического моделирования

4.4 Калибровка модели динамики островного галечного пляжа 104 Выводы по главе 4

Глава 5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ

ДИНАМИКИ ГАЛЕЧНЫХ ПЛЯЖЕЙ

5.1 Вариант сочетания бун и волноломов на восточном участке

116

Приморской набережной в г. Сочи

5.2 Традиционная система относительно коротких бун для

211

реконструкции Приморской набережной

5.3 Бухтовый вариант реконструкции Приморской набережной

5.4 Формирование бухтовых пляжей с искусственными мысами 130 Выводы по главе 5 137 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140 Публикации материалов диссертации 145 Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика галечных пляжей в огражденных акваториях»

ВВЕДЕНИЕ

Общая длина галечных берегов составляет около 5% от всей береговой линии Мирового океана или порядка 40 тыс. км.

Образование галечных пляжей происходит, как правило, в высоких и умеренных широтах, в горных и предгорных районах, где абразионные процессы наиболее активны, а реки выносят в море значительное количество влекомых наносов.

Галечные пляжи распространены, в частности, на Черноморском побережье Кавказа, в том числе в пределах России. Только в г. Сочи длина галечного берега составляет около 145 км. При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что эти берега, по сути, являются единственной в России территорией с климатом, приближающимся к субтропическому. Это обусловливает их исключительно высокую значимость для рекреационных целей.

В то же время необходимо отметить, что при строительстве курортной инфраструктуры в 1950 - 1960-е годы в результате массового изъятия гальки из русел рек для строительных целей, был заметно подорван бюджет пляжеобразующих наносов Черноморского побережья. Это привело к резкому сокращению ширины галечных пляжей и катастрофическому разрушению коренных берегов.

Для обеспечения сохранности пляжей Черноморского побережья было даже издано специальное постановление ЦК КПСС о запрете изъятия гальки из русел Черноморских рек. Несколько десятилетий оно соблюдалось. Однако в настоящее время, изъятие пляжеобразующего материала из рек опять возобновилось в значительных объемах.

В береговой науке уже давно не вызывает сомнения тезис о том, что наилучшей формой защиты берега от разрушения штормовым волнением и течениями является пляж.

В курортных регионах, пляжи кроме берегозащитных имеют также важнейшие рекреационные функции, которые фактически обеспечивают экономические потребности этих регионов.

Поэтому везде, где это приемлемо по технико-экономическим показателям стремятся уширять существующие или создавать новые искусственные пляжи.

Однако создание искусственных пляжей сопровождается массовыми отсыпками в береговую зону и без того дефицитного инертного пляжеобразующего материала. Поэтому создание так называемых свободных пляжей (без пляжеудерживающих сооружений) с постоянными их эксплуатационными пополнениями, часто является весьма затратным и экономически не целесообразным мероприятием.

В этой связи, в мировой практике проведения берегозащитных мероприятий используются различные типы пляжеудерживающих гидротехнических сооружений. К ним относятся поперечные сооружения типа бун, продольные сооружения типа волноломов различных конструкций, искусственные мысы и острова, подводные рифы, сквозные стены, свайные поля и другие сооружения.

Поскольку морские гидротехнические сооружения являются очень капиталоемкими, оптимизация их параметров представляется весьма актуальной.

Таким образом, актуальной является задача моделирования динамики галечных пляжей под защитой пляжеудерживающих сооружений различных типов, а также пляжей, создаваемых на искусственных островных комплексах. На основе такого моделирования определяются оптимальные параметры пляжеудерживающих гидротехнических сооружений.

Объектом исследования является береговая зона бесприливных морей.

Предмет исследования - галечные пляжи в огражденных акваториях.

Целью работы является разработка математических моделей и компьютерной системы для моделирования динамики галечных пляжей в акваториях огражденных бунами, волноломами, искусственными мысами, а также пляжей на искусственных островных комплексах.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- выполнить обзор теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации;

- разработать математические модели динамики пляжей в огражденных акваториях с учетом дифракции, рефракции, трансформации волн, изменения профиля пляжа в зависимости от параметров волн;

-разработать компьютерную систему, реализующую указанные модели;

- выполнить калибровку моделей по экспериментальным данным;

- выполнить расчеты динамики галечных пляжей для реальных объектов;

- разработать рекомендации для определения размеров искусственных мысов под защитой волноломов и бухт между ними на берегах с галечными наносами.

Методы исследования - анализ основных природных факторов, обусловливающих динамику береговой зоны в целом и динамику галечных пляжей, в частности. Математическое и гидравлическое моделирование динамики галечных пляжей.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- разработана и реализована в программном комплексе модель дифракции, рефракции и обрушения волн на акваториях искусственных островных комплексов со сложной конфигурацией оградительных сооружений;

- разработана и реализована в программном комплексе математическая модель динамики галечных пляжей при наличии пляжеудерживающих сооружений, в том числе для пляжей на искусственных островах;

- даны рекомендации о несимметричном расположении волноломов в межбунных отсеках при наличии разнонаправленных штормовых воздействий;

- разработана математическая модель формирования искусственных мысов и устойчивых бухтовых галечных пляжей между ними. Разработаны рекомендации по предварительному назначению основных параметров искусственных мысов и бухт для галечных берегов.

Практическое значение. Усовершенствованы методы решения актуальной задачи оптимизации параметров пляжеудерживающих гидротехнических сооружений на берегах с галечными наносами.

Практическая значимость работы состоит в том, что на основе разработанных моделей и программных средств могут быть определены размеры бун, межбунных отсеков, длины волноломов и расстояние их от берега, параметры пляжеудерживающих шпор на островных комплексах, а также размеры искусственных мысов и расстояние между ними, обеспечивающие создание устойчивых бухтовых галечных пляжей.

В качестве примеров практического применения разработанных программных средств, приводятся результаты моделирования проектных галечных пляжей для реконструкции Приморской набережной в г. Сочи.

Личный вклад автора заключается в модификации модели распространения волн на акваториях островных комплексов, разработанной К.Н.Макаровым и К.И.Королевым в предположении постоянной глубины акватории, для учета рефракции, трансформации и обрушения волн на переменной глубине; разработке модели динамики островного галечного пляжа; разработке рекомендаций о расположении волноломов в межбунных отсеках и назначении параметров систем

волноломов с искусственными мысами и бухтами; разработке расчетных компьютерных программ, реализующих предлагаемые математические модели, а также в калибровке моделей по данным гидравлического моделирования, выполненного при участии автора.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель дифракции, рефракции и обрушения волн на акваториях искусственных островных комплексов со сложной конфигурацией оградительных сооружений.

2. Математическая модель динамики галечных пляжей при наличии пляжеудерживающих сооружений, в том числе для пляжей на искусственных островах.

3. Рекомендации о несимметричном расположении волноломов в межбунных отсеках при наличии разнонаправленных штормовых воздействий.

4. Рекомендации по определению основных параметров искусственных мысов и бухт для формирования устойчивых галечных берегов.

5. Компьютерная система, реализующая все указанные модели в виде комплекса программных средств.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и были одобрены на III Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Студенческие научные исследования в сфере туризма и курортного дела», (Сочи, СГУТ и КД, 10-11 апреля 2009 г.), на 6-й и 7-й международных научно-практических конференциях «Строительство в прибрежных курортных регионах» (Сочи, 2010, 2012 годы), на международной научно-практической конференции «Морские берега -эволюция, экология, экономика» (Туапсе, 2012 г.), на XVI Международной межвузовской научно-техн. конф. Строительство - формирование среды жизнедеятельности (Москва, МГСУ, 2013 г.), на Международной научно-

практической конференции «Методы защиты открытых песчаных берегов внутренних морей и концепция защиты морских берегов Калининградской области», (г. Светлогорск, Россия, 3-6 июня 2013 г.), на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития Российско-Абхазских отношений в туристской сфере в современных условиях», (г. Сухум, Республика Абхазия, 24 мая 2013 г.), на 3-й Международной конференции «Создание и использование искусственных земельных участков на берегах и в акваториях водных объектов», (Иркутск, 29 июля-3 августа 2013 г.), на конференции «Актуальные вопросы городского строительства, архитектуры и дизайна в курортных регионах-2013» (Сочи 11-12 октября 2013 г.).

Достоверность результатов работы обеспечивается использованием действующих нормативных и рекомендательных документов, применением апробированных методов исследования, сочетающих математическое и гидравлическое моделирование, а также сопоставлением результатов, полученных различными методами.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 20 опубликованных работах, среди которых 5 - в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Представленная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Диссертация представлена на 161 странице. Текст сопровождается 6 таблицами и 97 рисунками. Список литературы включает в себя 142 наименования, из них 27 - на иностранных языках.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ДИНАМИКЕ ГАЛЕЧНЫХ ПЛЯЖЕЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Основные природные факторы динамики галечных пляжей

Береговая зона моря является пограничной зоной между гидросферой и литосферой. В ней происходят сложные процессы взаимодействия суши и моря, заключающиеся в механическом перемещении твердого и жидкого вещества, а также в различных химических превращениях [42, 51, 52, 61, 90].

Границы береговой зоны определяются по морфологическим и динамическим признакам. Верхней морфологической границей береговой зоны служат формы рельефа, созданные прибойным потоком при его взаимодействии с сушей. Динамически верхняя граница береговой зоны определяется по высшей точке линии проникновения массы движущейся воды на отрезок суши, расположенный выше уреза воды (верхняя граница наката волн). Нижняя граница береговой зоны определяется способностью штормового волнения однонаправленно перемещать донные наносы и соответствует глубине, равной примерно половине длины максимальной штормовой волны. В зависимости от волновых условий она лежит на глубинах от 15 до 100 м. На нижней границе береговой зоны рельефообразующий эффект динамических факторов практически не проявляется (за исключением действия приливо-отливных течений).

Сложность и случайный характер природных процессов в прибрежной зоне значительно затрудняют их детальное математическое описание. Поэтому наиболее приемлемым путем получения практических результатов при прогнозировании береговых процессов является идеализация в физически допустимых пределах механизма взаимодействия различных природных факторов. Это означает выделение основных из них, и отбрасывание второстепенных.

Согласно современным теоретическим воззрениям, динамику берегов бесприливных морей, включая галечные пляжи, обусловливают следующие гидродинамические факторы: волновые процессы, колебания уровня моря и течения различных типов, главным образом это вдольбереговое энергетическое течение [24, 42, 50, 54, 61, 90, 94].

Единым процессом, объединяющим все виды механического движения вещества в прибрежной зоне, является трансформация энергии гидродинамических факторов при ее взаимодействии с поверхностью литосферы.

В результате работы водных масс, в береговой зоне происходит изменение рельефа подстилающей поверхности, направленное к снижению интенсивности гидролитодинамических процессов и созданию условий для более полного перехода механической энергии в тепловую при наименьшей мощности совершаемой при этом работы.

В связи с этим, универсальным законом развития прибрежной зоны моря является ее стремление к динамически равновесному состоянию по отношению к действующим силам.

Поток энергии волн, входящих в береговую зону из открытого моря, как правило, под некоторым углом, обычно представляется двумя составляющими: нормальной к берегу и продольной. В соответствии с этим, перенос твердого материала в береговой зоне рассматривается в двух направлениях: поперечном и вдольбереговом. При этом нормальная составляющая потока волновой энергии определяет формирование профиля динамического равновесия подводного берегового склона, а вдольбереговая - развитие равновесной береговой линии. В целом, соотношение составляющих потока волновой энергии в зависимости от представления во времени и в пространстве, определяет все многообразие природных береговых форм.

Основными типами течений в прибрежной зоне бесприливных морей являются дрейфовые (ветровые), волновые (мгновенные, переносные и

вдольбереговое энергетическое течение), градиентные, возникающие в результате неравномерного нагона воды вдоль берега. Все эти типы течений образуют сложную суммарную вертикальную и горизонтальную циркуляцию. При этом согласно современным теоретическим представлениям, течения не волновой природы не оказывают существенного влияния на динамику галечных пляжей [21, 24, 42, 51, 54, 60, 90, 94].

Следующим важным фактором, определяющим динамику берегов, является уровень водной поверхности. С его штормовой, сезонной, годовой и межгодовой изменчивостью тесно связаны масштабы и границы распространения абразионных или аккумулятивных процессов. При этом следует учитывать взаимосвязь крутизны подводного берегового склона и формирующегося под воздействием штормового волнения и ветра повышения уровня (штормового нагона).

Еще одним природным фактором, оказывающим решающее влияние на динамику берегов, является их геолого-геоморфологическое строение. Однако из всего многообразия характеристик этого фактора основными являются физико-химические свойства и гранулометрический состав пород, слагающих береговой склон.

В соответствии с [82, 95] к галечным (гравийно-галечным) относятся пляжи, содержащие в поверхностном подвижном слое не менее 65-70 % не взвешиваемых фракций наносов со средней крупностью пляжеобразующего материала 2 мм и более.

Взаимодействие волн, волновых и ветровых течений при определенном уровне моря образуют сложную гидродинамическую картину циркуляции воды в прибрежной зоне моря. Воздействие этой циркуляции на породы, слагающие береговой склон, вызывает формирование вдольбереговых и поперечных потоков наносов.

1.2 Динамика галечных пляжей

Наиболее ранними работами, посвященными динамике галечных пляжей, по-видимому, следует считать работы Н.Н.Джунковского,

A.М.Жданова, В.П.Зенковича, В.В.Лонгинова, О.К.Леонтьева,

B.П.Мальцева, Г.Н.Смирнова, Н.А.Ярославцева, В.М.Пешкова, M.S.Longuet-Higgins, Р.Вгиип, З.Ма88е1, ГШЬЬеппк, Ь.С.УапКуп,

A.\¥а1апаЬе, Н.НасЫтоЮ и других.

В дальнейшем эти исследования развиты в работах В.А.Петрова,

B.О.Костина, И.Г.Кантаржи, В.М.Шахина, И.О.Леонтьева, Р.М.Тлявлина, Е.В.Бондаревой, К.Н.Макарова.

Поперечные перемещения наносов формируют штормовой и среднемноголетний профиль берега (пляжа).

В основе теории формирования поперечного профиля пляжа лежит представление о нейтральной линии и асимметрии волновых скоростей в деформированной на мелководье волне (существуют и другие теории).

Асимметрия волновых скоростей в волне на мелководье заключается в том, что гребни круче, а ложбины положе, чем в волне на глубокой воде. В результате скорость в гребне волны, направленная к берегу больше, а время ее действия меньше, чем скорость в ложбине, которая направлена в сторону моря. Указанная асимметрия тем больше, чем меньше глубина воды.

В конечном итоге имеем следующую картину перемещения наносов. При прохождении гребня волны, частица наносов перемещается вверх по откосу, но при этом необходимо помимо инерционного сопротивления частицы преодолевать силу тяжести, направленную против движения. При прохождении ложбины волны, сила тяжести наоборот направлена по направлению движения частицы. В результате на профиле имеет место нейтральная зона, где частицы имеют одинаковое смещение как вверх, так и вниз при проходе гребня и ложбины. Ниже этой зоны частицы смещаются в сторону моря и профиль уполаживается, выше нейтральной

зоны, частицы смещаются в сторону берега и профиль укручивается. В конце концов, вырабатывается профиль, во всех точках которого частицы колеблются около некоторого постоянного положения. Такой профиль называется предельным профилем относительного динамического равновесия. Он имеет вид, показанный на рис. 1.1 [56, 61, 91].

а).

N

—ч—'

б). УВ

V N

г--^-\ \ \ \ \ \ \ \ ^^ Ч \ \ \ \ \ \ \ \ \ тТ к- \ \ \

Рис. 1.1. Исходный профиль подводного берегового склона (а) и профиль относительного динамического равновесия*(б)

Разумеется, при изменении волнового режима, профиль вновь переформировывается, и этот процесс является непрерывным. Следовательно, понятие профиля динамического равновесия является идеализированным. Однако расчет такого профиля является практически весьма продуктивным, поскольку наложение расчетного профиля равновесия на существующий профиль берегового склона, позволяет определить в первом приближении требуемый объем отсыпок пляжеобразующего материала при создании искусственных пляжей.

Средний уклон профиля динамического равновесия зависит от параметров волн и крупности частиц наносов (рис. 1.2).

крупности. 1 - галька; 2 - гравий; 3 - песок

Поскольку в процессе реального шторма происходит постепенное увеличение, а затем ослабление волнения, имеет место сортировка наносов на подводном береговом склоне. У берега скапливается крупная галька, образуя крутой откос, а в нижней части профиля отлагается самый мелкий материал, образуя пологий откос. В средней части профиля иногда происходит отмыв (обнажение) коренных пород [115].

Вопросам влияния неоднородного состава наносов на подводном береговом склоне на динамику пляжа посвящены работы И.Г.Кантаржи, В.В.Вайтман, Е.В.Бондаревой [4, 6, 7] и других исследователей.

Здесь следует отметить, что поскольку максимум перемещения галечных наносов сосредоточен в районе уреза, где скапливается галька, неоднородность наносов, по-видимому, не оказывает существенного влияния на величину их вдольберегового перемещения.

Следует также отметить, что на характер профиля влияет крутизна волн. Поэтому летнее волнение, когда преобладают пологие волны зыби называют намывающим, при этом наносы в основном причленяются к берегу и береговая линия выдвигается в море. А зимнее штормовое волнение, когда преобладают короткие и крутые ветровые волны называют размывающим, поскольку при этом происходит оттягивание наносов на

глубину и отступание береговой линии.

Для расчета уклона профиля динамического равновесия существует целый ряд зависимостей. Все они имеют определенные достоинства и недостатки. Черноморским отделением морских берегозащитных сооружений ВНИИ Транспортного строительства (ЦНИИС) для расчета среднего уклона профиля динамического равновесия предложена зависимость [84]:

_Ш_

4%

1 +

ff,. \ In

к

о

V V

с \\ '

к

cos Qbp lg Ю'-^cos

(1.1)

V б-1 J J

de

tg<pe =1-(0.81п(1/^Со./^-1))) , (1.2)

где tg(pe - средний уклон естественного откоса материала наносов в спокойной воде; d.} - эквивалентный (средневзвешенный) диаметр наносов в м; h30 - высота волн 30% обеспеченности в системе при обрушении; QKp -угол между лучом волны и нормалью к линии берега на линии обрушения волн; g - гравитационное ускорение; Т - средний период расчетных волн; рн - плотность наносов; рв - плотность воды.

В своде правил по берегозащитным сооружениям [95] приводится более сложная методика определения профиля равновесия галечного пляжа по нескольким характерным его точкам.

Вдольбереговые перемещения формируют вдольбереговые потоки наносов. Перенос галечных наносов во вдольбереговом потоке происходит главным образом между линией обрушения расчетных волн и границей их наката на берег. Это расстояние в поперечном к берегу направлении называется фронтом переноса наносов Lz. В первом приближении его можно рассчитать по формуле:

L7=d/iA+h/it п 3)

Z er под н над i \L-~>)

где dcr - глубина обрушения расчетных волн, inod - уклон подводной части берегового склона, hH - высота наката волн на пляж, iHaö - уклон надводной части пляжа.

При этом в конкретных природных условиях расход твердой фазы не может превышать определенного предела, называемого емкостью или транспортирующей способностью вдольберегового потока наносов ()е. Фактически - это способность гидродинамических факторов перемещать наносы данной крупности. Мощность (расход) вдольберегового потока наносов £)м - это количество наносов, фактически транспортируемое в единицу времени через данное сечение. Отношение мощности к емкости (2.\/(2е является показателем устойчивости берега (пляжа).

При достаточном количестве несвязных наносов на береговом склоне, поток наносов является насыщенным

<?м/0е*1. (1.4)

Тогда берег не изменяет своего положения во времени и является транзитным.

Если реальный расход твердой фазы оказывается меньше транспортирующей способности гидродинамических факторов и составляет некоторую ее часть

(2м/(2е<1, (1.5)

то говорят о дефиците наносов в гидродинамическом потоке. Ненасыщенный поток естественно стремится насыщаться, в результате чего и происходит размыв берегов, подводного склона и разрушение сооружений.

Если по каким-либо причинам (изменение уклона дна, разворот береговой линии и другие) оказывается, что

(2м/(1е>1, (1.6) то некоторая часть наносов выпадает из вдольберегового потока, и образуются аккумулятивные формы, то есть происходит выдвижение существующего пляжа в сторону моря.

Для практических расчетов величины емкости вдольберегового транспорта наносов имеется большое количество зависимостей, предложенных различными авторами. Все они в той или иной степени

теоретико-эмпирические. Однако авторы, как правило, строят зависимости вида [12, 51, 52]:

сп (1сп (¿¡о, 0,сг, (1-7)

где ксг - высота расчетной волны на линии последнего обрушения, й50 . средний диаметр наносов, асг - угол подхода волн к линии обрушения, г^<ро - уклон профиля динамического равновесия.

Как правило, такие полуэмпирические зависимости разрабатываются раздельно для песчаных и галечных наносов. И только небольшое количество методов позволяет рассчитывать суммарный расход песчаных (взвешенных) и галечных (влекомых) наносов.

Мощность вдольберегового потока наносов определяется выражением вида:

= С еКгЫ, (1.8)

где Кгес1 - редуцирующий (понижающий) коэффициент, зависящий от дефицита наносов на подводном береговом склоне и наличия сооружений.

В настоящее время общепринято, что наиболее надежная защита берега от разрушения обеспечивается при наличии достаточно широкой полосы пляжа, на которой гасятся штормовые волны. Можно считать, что пляж является наилучшим берегозащитным сооружением. Поэтому при проектировании берегозащитных мероприятий везде, где это возможно и целесообразно по технико-экономическим показателям, стремятся принимать меры к уширению существующих или созданию новых пляжей [60, 92].

Из формулы (1.4) следует, что для обеспечения равновесия берега или устойчивости пляжа, необходимо уравнять емкость и мощность вдольбереговых потоков наносов.

Это можно сделать двумя путями:

1. Искусственными отсыпками инертных материалов (увеличивается расход наносов (2М) с последующими эксплуатационными пополнениями

без строительства пляжеудерживающих гидротехнических сооружений. Это так называемые свободные пляжи.

2. Строительством пляжеудерживающих сооружений (уменьшается емкость потока наносов ()е). В этом случае могут быть два варианта. Если естественный расход вдольберегового потока наносов достаточно большой, то наносы сами отложатся в зоне действия пляжеудерживающих сооружений, однако это чревато размывами берега на нижележащих по потоку наносов участках побережья. Более надежным является второй вариант, когда зона действия пляжеудерживающих сооружений искусственно заполняется наносами на полную емкость. В этом случае естественный поток наносов не прерывается, и нет опасности для смежных участков берега.

Здесь следует отметить, что в ряде случаев (в бухтах) можно искусственно сформировать такую линию уреза, при которой волны за счет рефракции будут подходить к ней почти фронтально. Таким образом, будет снижена емкость вдольберегового потока наносов и повышена устойчивость пляжа.

К пляжеудерживающим сооружениям традиционно относятся поперечные сооружения в виде бун (рис. 1.3) и продольные сооружения в виде берегоукрепительных волноломов (рис. 1.4).

Кроме того, следует упомянуть, что в последние десятилетия в практике проведения берегозащитных мероприятий активно применяются сооружения, усложняющие контур береговой линии. Это искусственные мысы, между которыми создаются искусственные бухты (рис. 1.5), искусственные рифы, искусственные острова (рис. 1.6) и другие сооружения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Макаров, Николай Константинович, 2014 год

Список литературы

1. Абакумов О.Я. Разработка экспресс-методики расчета литодииамики прибрежной зоны за продольными гидротехническими сооружениями. - Дисс. канд.техн. наук. - С. Петербург, ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 2002.

2. Альтшуль А.Д. и другие. Гидравлика и аэродинамика: Учеб.для вузов.- М., Стройиздат, 1987.

3. Ами Сори Фофана. Допускаемые (неразмывающие) скорости и касательные напряжения на поверхности дна русла, сложенного несвязным грунтом, при наличии русловых микроформ. - автореф. дисс. канд. техн. наук. - Л., 1986.

4. Вайтман В.В. Волновая переработка поперечного пляжного откоса, сложенного неоднородным материалом. - Дисс. канд. техн. наук. -М, 2007.

5. ВСН 183-74. Технические указания по проектированию морских берегозащитных сооружений. - М.: Минтрансстрой СССР, 1975. -118 с.

6. Бондарева Е.В., Катаржи И.Г. Прогноз вдольберегового потока песчаных и галечных наносов. - Материалы международной конференции «Литодинамика донной контактной зоны океана». - М., ГЕОС, 2009, с. 63-65.

7. Бондарева Е.В. Вдольбереговой перенос галечных наносов и песчаных неоднородных наносов при наличии поперечных гидротехнических сооружений. - Дисс. канд. техн. наук. - М., 2010.

8. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод. Пер. с англ. - М„ Мир, 1988.

9. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. - JI., Гидрометеоиздат, 1949, 475 с.

10. Водный кодекс РФ от 3.06.2006 г. № 74-ФЗ (с изменениями от 4.12.2006).

11. Вольцингер Н.Е., Клеванный К.А., Пелиновский E.H. Длинноволновая динамика прибрежной зоны.- Л., Гидрометеоиздат, 1989.

12. Войцехович О.В. Транспорт наносов вдоль берега обобщенные зависимости и натурные данные. - Водные ресурсы, 1986, № 5, с. 108-116.

13. Географический энциклопедический словарь. Понятия и термины/ под ред. А.Ф.Трешникова. - М., Советская энциклопедия, 1988, 431 с.

14. Гидравлика разноплотностного потока. Под ред. Ю.А. Ибад-Заде. - М., Стройиздат, 1982.

15. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. Под ред. Г.В. Железнякова. - М., Колос, 1984, 432 с.

16. Гилл А. Динамика атмосферы и океана: В 2-х томах. Пер. с англ.- М., Мир, 1986.

17. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков - Л., Гидрометеоиздат, 1962, 373 с.

18. Григорян С.С. Об устойчивой форме равновесия галечного берега, подверженного действию прибоя. - Прикладная математика и механика, 1965, вып.2, 387 с.

19. Давидан И.Н., Лопатухин Л.И., Рожков В.А. Ветровое волнение в мировом океане.- Л., Гидрометеоиздат, 1985.

20. Жданов A.M. Укрепление берегов с галечными наносами бунами полного профиля. - В кн. Изучение берегов морей и водохранилищ. Труды океанографической комиссии АН СССР, т. 1. - М., Изд-во АН СССР, 1950, с. 18-36.

21. Жданов A.M., Фрейкман A.M. Применение морских бун полного профиля и волноломов для образования защитной полосы пляжа на Черноморском побережье Кавказа - В кн. Морские

берегоукрепительные сооружения. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства, вып. 50. - М., 1963, с. 32-75.

22. Железняк М.И. О структуре придонного волнового турбулентного пограничного слоя. - Гидромеханика, 1988, вып. 58, с. 1-8.

23. Загрядская H.H. Применение метода параболического приближения в задачах дифракции поверхностных волн. ЖТФ, 1995, т.65, №8, с. 25-37.

24. Зенкович В.П. Основы учения о развитии морских берегов. -М., Изд-во АН СССР, 1962.

25. Зубакова K.M. Расчет транспорта наносов в крупных каналах.-Труды ГГИ, 1982, вып. 283, с. 41-51.

26. Кантаржи И.Г., Дрейзис Ю.И., Бондарева Е.В., Вайтман В.В. Эффекты неоднородности распределения наносов по крупности в литодинамике береговой зоны. - Вестник МГСУ. Спецвыпуск № 1 / 2010. -М.: МГСУ, 2010, с. 90- 105.

27. Караушев A.B. Проблемы наносов и качества поверхностных вод. - СПб., Наука, 1991, 144 с.

28. Караушев A.B. Теория и методы расчета речных наносов / A.B. Караушев.- Л., Гидрометеоиздат, 1977, 260 с.

29. Кицак H.A. Инженерная подготовка пляжей.- Киев, Будивельник, 1979.

30. Кнороз B.C. Неразмывающие (предельные) скорости разнозернистых по крупности несвязных материалов. - Изв. ВНИИГ, 1962, т. 71.

31. Костин В.О. Математическая модель эволюции пляжа в межбунных отсеках. - В кн. Натурные и экспериментальные исследования в области морской берегозащиты. - М., ЦНИИС, 1984, с. 55-67.

32. Костин В.О. Методы расчета поперечных берегозащитных сооружений с учетом динамики наносов. - Дисс. канд. техн. наук. - М., ВНИИ ВОДГЕО, 1987.

33. Косьян Р.Д., Пыхов Н.В. Гидрогенные перемещения осадков в береговой зоне моря. - М., Наука, 1991.

34. Кофф Г.Л., Котлов В.Ф., Федорова С.И, Шохин В.М., Гревцева Л.М. Методы оценки состояния и инвентаризации берегозащитных сооружений и морских пляжей. - М., НИИЦ «Геориск»,2003.

35. Крылов Ю.М., Стрекалов С.С., Цыплухин В.Ф. Ветровые волны и их воздействия на сооружения.- JL, Гидрометеоиздат, 1976.

36. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели.- М., Наука, 1977.

37. Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях.- М., Мир, 1981.

38. Лаппо Д.Д., Стрекалов С.С., Завьялов В.К. Нагрузки и воздействия ветровых волн на гидротехнические сооружения.- М., 1990.

39. ЛеМеоте Б. Введение в гидродинамику и теорию волн на воде: пер. с англ.- JL, Гидрометеоиздат, 1974.

40. Леей И.И. Моделирование гидравлических явлений. 2-е изд. перераб. и доп./ под ред. B.C. Кнороза. - Д., Энергия, 1967, 235 с.

41. Леонтьев И.О. Компенсационное противотечение в прибрежной зоне моря // Океанология, 1999. Т.39. № 1. С.57-63.

42. Леонтьев И.О. Динамика прибойной зоны. - М., Ин-т океанологии им. П.П.Ширшова АН СССР, 1989, 184 с.

43. Леонтьев И.О. Профиль динамического равновесия: проверка теории. - Океанология, 1992, т. 32, № 2. с. 355-361.

44. Леонтьев И.О. Моделирование морфодинамических изменений, вызванных прибрежными сооружениями. - Океанология, 2000, т. 40, № 1, с. 125-136.

45. Леонтьев И.О. Прибрежная динамика: волны, течения, потоки наносов. - М., ГЕОС, 2001, 272 с.

46. Леонтьев И.О. Профиль равновесия и система подводных валов - Океанология, 2004, т.44. № 4, с.625-631.

47. Леонтьев И.О. Равновесие берегового контура. - Океанология. 2005, т.45, № 5, с. 790-800.

48. Леонтьев И.О. Прогнозирование эволюции берегов на основе морфодинамического моделирования. - Океанология, 2006,т.46, № 4,с. 603-611.

49. Леонтьев И.О. Изменения береговой линии моря в условиях влияния гидротехнических сооружений. - Океанология. 2007. т.47, № 6. с.940-946.

50. Леонтьев И.О. Оценка поперечного потока наносов на границе прибрежной зоны. - Океанология. 2008. т.48. № 1, с.132-138.

51. Леонтьев И.О. Бюджет наносов и прогноз развития берега. -Океанология. 2008а. Т.48. № 3. С.467-476.

52. Леонтьев И.О., Хабидов А.Ш. Моделирование динамики береговой зоны. Обзор современных исследований. - Новосибирск, СО РАН* 2009.

53. Леонтьев O.K. Основы геоморфологии морских берегов.- М., Изд-во Московского университета, 1961. 418 с.

54. Лонгинов В.В. Динамика береговой зоны бесприливных морей. - М„ Изд-во АН СССР, 1963. 379 с.

55. Лощянский Л.Г. Механика жидкости и газа.- М., Наука, 1973.

56. Лонге-Хнггинс М.С. Механика прибойной зоны,-"Механика", период сб. перев. статей, 1, 143, 1974.- М., Мир, с. 84-103.

57. Лонгинов В.В. Динамика береговой зоны бесприливных морей,-М„ Изд-во АН СССР, 1963.

58. Макаров К.Н., Гегечкори В.А. Берегозащитные мероприятия на побережье Большого Сочи. - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2009, № 1 (120), с. 60 - 64.

59. Макаров К.Н., Королев К.И. Будущее островных портов и гаваней. - Мир транспорта, 2007, № 4, с. 100-105.

60. Макаров КН. Основы проектирования берегозащитных мероприятий. - М.: ПНИИИС Госстроя РФ, 1999, 220с.

61. Макаров КН. Математическое моделирование в морской гидротехнике. - Сочи, СГУТ и КД, 2008.

62. Макаров КН., Макаров Н.К, Лещенко C.B. Масштабное гидротехническое строительство в прибрежной зоне г. Сочи в рамках подготовки к Олимпиаде 2014 г. - Недвижимость. Экономика. Управление. -№2,2012, с. 79-83.

63. Макаров Н.К. Прогноз динамики галечных пляжей на внутренних акваториях искусственных островных комплексов. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, № 10 (165), 2012, с.26- 28.

64. Макаров Н.К. Оптимизация конфигурации бун и волноломов для защиты галечных пляжей от размывов.- Строительство -формирование среды жизнедеятельности XVI Международная межвузовская научно-техн. конф. - Москва, МГСУ, апрель, 2013 г.

65. Макаров Н.К. Конфигурация бун и волноломов при разнонаправленных вдольбереговых потоках наносов. - Международная научно-практическая конференция «Методы защиты открытых песчаных берегов внутренних морей и концепция защиты морских берегов Калининградской области». - г. Светлогорск, Россия, 3-6 июня 2013 г. -Электронное издание.

66. Макаров Н.К, Макаров КН. Математическое моделирование динамики галечных пляжей искусственных островных комплексов. -Создание искусственных пляжей, островов и других сооружений в

береговой зоне морей, озер и водохранилищ. - Труды 3-й Международной конференции «Создание и использование искусственных земельных участков на берегах и в акваториях водных объектов», Иркутск, 29 июля-3 августа 2013 г. - с. 205-208.

67. Макаров Н.К. Моделирование динамики галечного пляжа в огражденной акватории искусственного мыса аква-центра в г. Сочи. -Вестник МГСУ № 4, 2013, с. 160-166.

68. Макаров Н.К., Макаров К.Н. Моделирование оградительных сооружений порта Мзымтинского в Адлерском районе г. Сочи. - Вестник МГСУ. Спецвыпуск № 1 / 2010. - М.: МГСУ, 2010, с. 50 - 54.

69. Макаров Н.К., Макаров К.Н., Секурова З.А. Научное обоснование гидротехнической части проекта реконструкции Приморской набережной в г. Сочи. - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, № 2 (145), 2011,с. 12 - 17.

70. Макаров Н.К., Макаров К.Н. Моделирование галечных пляжей под защитой бун и волноломов для реконструкции Приморской набережной в г. Сочи. - Гидротехника, № 3 (24), 2011, с. 18-23.

71. Макаров Н.К. Математическая модель динамики галечных пляжей искусственных островных комплексов. - Гидротехника, № 2 (27), 2012, с. 84-87.

72. Макаров Н.К. Математическое моделирование гидротехнических сооружений для реконструкции пляжа Дагомысского комплекса в г. Сочи. - Строительство в прибрежных курортных регионах. Материалы 7-й международной научно-практической конференции. -г. Сочи, 14 - 19 мая 2012 г., с. 125 -127.

73. Макаров Н.К. Оптимизация конфигурации бун и волноломов для защиты галечных пляжей от размывов. - Строительство формирование среды жизнедеятельности XVI Международная межвузовская научно-техн. конф., Москва, МГСУ, апрель, 2013 г.

74. Макаров Н.К. Математическое моделирование динамики

пляжа с искусственными мысами. - «Актуальные вопросы городского строительства, архитектуры и дизайна в курортных регионах-2013». -Международная межвузовская научно-техн. конф., Сочи, СГУ, 11-12 октября 2013 г.

75. Маккавеев В.М. Перемещение твердых частиц в турбулентных потоках жидкости. - Труды кордин. совещания по гидротехнике, 1967.

76. Мальцев В.П. Влияние пляжеудерживающих сооружений на изменение гидродинамических характеристики волнового потока вблизи уреза моря. - В сб. Укрепление морских берегов. - М., Транспорт, 1972. с. 116-124.

77. Мальцев В.П., Макаров К.Н., Николаевский М.Ю. Разработка и исследование островного пляжного комплекса. - Гидротехническое строительство, № 11, 1993, с.15-17.

78. Орлова К.М. О переформировании галечных пляжей во время штормов. - В сб. Укрепление морских берегов. - М., Транспорт, 1972. с. 110-116.

79. Петров В.А. Динамика галечного пляжа в зоне влияния берегозащитных сооружений. - дисс. канд. техн. наук. - М., 1984.

80. Пешков В.М. О механизме влияния морских бун на низовой размыв галечных берегов. - Сообщения АН ГССР, 1981.

81. Пешков В.М. Береговая зона моря. - Краснодар, 2005.

82. Пешков В.М. Галечные пляжи неприливных морей. Основные проблемы теории и практики. - Краснодар, 2005.

83. Радионов А.Е. Взаимодействие волн большой амплитуды с гидротехническими сооружениями в зонах влияния подводных каньонов. -Дисс. канд. техн. наук. - С. Петербург, 2005.

84. Рекомендации по проектированию и строительству свободных галечных пляжей,- М., ЦНИИС, 1988.

85. Рекомендации по проектированию галечных пляжей с пляжеудерживающими сооружениями типа бун (Дополнение к ВСН 183156

74). - Киев, МЖКХ УССР, 1977.

86. Рекомендации по гидравлическому моделированию волнения и его воздействия на песчаные побережья морей и водохранилищ.- М., ЦНИИС, 1987.

87. Российский К.И., Дебольский В.К. Речные наносы. - М.: Наука, 1980,216 с.

88. Руководство по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях.-JL, Гидрометеоиздат, 1978.

89. Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Л., Гидрометеоиздат, 1977. - 726 с.

90. Руководство по морским гидрологическим прогнозам.-С.Петербург, Гидрометеоиздат, 1994.

91. Смирнов Г.Н. Океанология: Учеб. для вузов,- М., Высш. шк.,

1987.

92. Смирнова Т.Г., Правдивец Ю.П., Смирнов Г.Н. Берегозащитные сооружения. Учебник. - М., Изд - во АСВ, 2002.

93. СП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования.- М., Госстрой России, 2003, 28 с.

94. СП 38.13330.2012. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). - М., Минрегионразвития РФ, 2012, 111с.

95. СП32-103-97. Проектирование морских берегозащитных сооружений.- М., корпорация «Трансстрой», 1998, 224 с.

96. СПЗЗ-101-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. - М., Госстрой РФ, 2003.

97. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П.Г. Киселева. -М., Энергия, 1987, 315 с.

98. Справочник проектировщика. Гидротехнические сооружения,-М„ Стройиздат, 1983, 285 с.

99. Стокер Дж. Дж. Волны на воде.- М., 1959.

100. Тлявлин P.M., Шахин В.М. Формирование бухтовых берегов с применением проницаемых волноломов. - Юбилейный сборник, посвященный 280 - летию образования РАН и 15- летию образования СНИЦ РАН Проблемы устойчивого развития регионов рекреационной специализации. - Сочи, СНИЦ РАН, 2004.

101. Тлявлин P.M. Проницаемые волногасящие гидротехнические сооружения в жестком каркасе. - Дисс. канд. техн. наук. - С.Петербург, 2006.

102. Указания по проектированию гидротехнических сооружений, подверженных волновым воздействиям. СН 288-64. - М., Госстрой СССР, 1965.

103. Чугаев P.P. Гидравлика: Учебник для вузов. - Л., Энергоиздат: Ленинградское отделение, 1982, 672 с.

104. Хабидов А.Ш., Жиндарев Л.А., Тризно А.К. Динамические обстановки рельефообразования и осадконакопления береговой зоны крупных водохранилищ. - Новосибирск, «Наука», 1999, 192 с.

105. Хабидов А.Ш. Динамика береговой зоны крупных водохранилищ. - Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2000, 104 с.

106. Хомицкий В.В. Природоохранные аспекты береговой гидротехники.- Киев, Наукова думка, 1983.

107. Шадрин И.Ф. Течения береговой зоны бесприливного моря.-М., Наука, 1972, 128 с.

108. Шадрин И.Ф. Прибрежные ветровые и градиентные течения. -В кн.: Береговая зона моря.- М., Наука, 1981, с. 40-46.

109. Шарп Дж. Гидравлическое моделирование: Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.

110. Шахин В.М. Взаимодействие волн с гидротехническими сооружениями в прибрежной зоне моря. - Дисс. докт. техн. наук. - С.П., 1994.

111. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов - М., Энергоатомиздат, 1984, 640 с.

112. Шулейкин В.В. Физика моря.-М., Наука, 1968.

113. Эббот М. Гидравлика открытого потока.- М.,Энергоатомиздат,

1983.

114. Яковенко Г.В. Строительство берегоукрепительных сооружений.- М., Транспорт, 1986.

115. Ярославцев Н.А. Исследования динамики галечного пляжа,-Водные ресурсы, 1981, № 5.

116. Boer S., Vellinga Р., е.a. Prediction of dune erosion and shore line development in the Netherlands and costs and execution of beach improvement works. -26-th Intern. Navigation Cong., Brussels,1985, S.11,Sub.3, pp. 119132.

117. Bagnold R.A. Mechanics of marine sedimentation // The Sea. V.3. N. Y.: J. Wiley, 1963. P.507-528.

118. Bowen A.J. Simple models of nearshore sedimentation; beach profiles and longshore bars. - Coastline of Canada. Geol. Surv. Can. Halifax, 1980. pp.1-11.

119. Broker I. Coastal area modelling. - MAST 68-M Final Workshop. Gdansk, 1995. pp.2-86 - 2-90.

120. Bruun P. Вackpassing increases frequency of beach nourishment cycles. - Dock and Harbour Auth., 1989,70, № 808, pp. 7-9.

121. Deigaard R. Comparison between a detailed sediment transport model and an energetics based formula - Conf. "Coastal Dynamics'97", Plymouth, 1997, pp.217-226.

122. Garrett C., Hunk W. Space-time scales of interval waves: a progress report. - J.Geophys.Res., 1975, 80, pp. 291-297.

123. Kantargi I.G., Makarov N.K. Calibration of Mathematical Model of the Island Pebble Beach. - European Journal of Technology and Design, 2013, vol. (1), № l,pp 48-53.

124. Longuet-Higgins M.S. A parametric flow for breaking waves. Int. Symp. Hydrodyn. Ocean Eng. Troudheim, Norwag, 1981, p. 121-135.

125. Longuet-Higgins M.S. The instabilities of gravity waves of limiteamplitide in deep water. I. Super-harminics//Proc. P.Soc. London, Ser., A, 1978, 360, p. 471-478.

126. Longuet-Higgins M.S. The insolved problems of breaking waves. Proc. Conf. Coastal Eng., 17-th, 1980, p. 1-28.

127. Longuet-Higgins M.S. Parameters flow for breaking waves. Int. Symp. Hydrodyn. Ocean Eng., Trongheim, Norwag., 1981, p. 121- 135.

128. Longuet-Higgins M.S.Parametrik solutions for breaking waves. J. Fluid Mech., 1982, 121, p. 403-424.

129. Makarov N.K. Dynamics of the Pebble Beach in the Protected Water Area. - European Researcher. International Multidisciplinary Journal. - № 5-1, 2013,pp. 1194-1197.

130. Massel S. Hydrodynamics of Coastal zone. - Holland: Reidel Company, 1989.

131. Ribberink J. Bed-load transport for steady flows and unsteady oscillatory flows // Coastal Eng. 1998. V.34 . P.52-82.

132. Ribberink J.S., Al Salem A.A. Sheet flow and suspension in oscillatory boundary layers // Coastal Eng. 1995. V.25. P.205-225.

133. Siluester R., Hsu Z.R.S. Coastal Stabilization: innovative concepts. -New Jersy, 1993.

134. Soulsby R.L. Dynamics of marine sands. - London: Thomas Telford, 1997.

135. Soulsby R.L. The "Bailard" sediment transport formula: comparisons with data and models - MAST 68-M Final Workshop, Gdansk, 1995, pp 2-46-2-51.

136. Talbot J.V. Interpretation of diffusion data. - Discharge of sewage from sea outfalls, 1974, pp. 321-332.

137. U.S. Army Coastal Engineering Reseach Centre. Shore protection Manual, 3-d Edition, U.S. Government Printing Office,]v Washington, 1977.

138. Van Rijn L.C. The prediction of bedforms and alluvial roughness//Mech. Sediment Transp., Rotterdam, 1983, p. 1613-1641.

139. Van Rijn L.C. Principles of sediment transport in rivers, estuaries and coastal seas. - Amsterdam, Aqua publications, 1993.

140. Van Wellen E., Chadwick A.J., Mason T. A review and assessment of long shore sediment transport equations for coarse-grained beaches. -Coastal Eng., 2000, v. 40, pp. 243-275.

141. Watanabe A., Maruyama K., Shimizu T., Sakakiyama T. Numerical prediction model of thredimensional beach deformations around a structure//Coast. Eng. in Japan, Vol. 29, 1986, p. 179-194.

142. Zyserman J.A., Johnson H.K. Modelling morphological processes in the vicinity of shore-parallel breakwaters. - Coastal Eng. 2002, v. 45, pp. 261-267.